探讨燃气电厂循环冷却水排污水处理技术

摘 要：循环冷却水系统是煤气电厂的重要部分，由于水质中的Cl-、Ca2+、SO42-等离子会导致设备出现腐蚀、结垢等问题，为此要重点探讨燃气电厂循环冷却水排污水的处理技术，采用超高石灰铝法，采用添加Ca（OH）2和NaAlO2与水中阴离子反应的方式，生成类水滑石型物质（LDH），有效去除溶液中的Ca2+、SO42-，确保燃气电厂出水水质满足循环冷却水补给水的要求，并使之回用于冷却水系统。

关键词：燃气电厂;循环冷却水排污水处理;技术

循环冷却水是电厂用水量的重要组成部分，也是最具有节水潜力的系统，由于传统的燃煤电厂会产生灰、渣、SO2等有害物质，相较于燃气电厂而言污染较大，燃气电厂采用“燃气-蒸汽联合循环”工艺和技术，并采用燃气蒸汽联合循环机组，较好地提高发电效率。然而燃气电厂的排污水只能外排，对周边环境造成一定的影响，也极大地浪费了水资源。为此，本文重点探讨燃气电厂循环冷却水排污水处理问题，通过增加循环冷却水的循环倍率的方式，减少或消除开放式循环水系统的排污。

1 燃气电厂循环冷却水存在的问题及处理技术分析

1.1 循环冷却水系统中的问题

（1）水质结垢。由于循环冷却水在冷却塔中的蒸发损失和循环倍率的提高，导致冷却水中含盐量增大，形成CaCO3、CaSO4、Ca3（PO4）2及镁盐沉淀，极大地影响循环冷却水的流速和管壁的热传导效果，造成管壁鼓包的现象。（2）设备腐蚀。由于存在管材材质不合格、管材应力、循环水中腐蚀性阴离子超标、循环水处理工艺不完善等问题，导致循环冷却水系统中设备的腐蚀问题。（3）微生物滋生。循环冷却水在换热器内沉积有粘泥、微生物、污垢等，会造成水质恶化的现象，也会引发不锈钢设备的腐蚀问题。

1.2 循环冷却水系统处理技术

主要包括有：（1）旁路处理技术。在循环冷却水传统回路上添加旁路，使部分循环冷却水或排污水流入旁路处理并回至主路，实现系统中有害离子及物质的有效去除。包括有纳滤工艺、石灰处理工艺和离子交换工艺等。循环冷却水处理工艺要添加酸、缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂，调节循环冷却水的PH值，并实现系统自动补水、自动排污、自动加药、自动加酸，能够实时检测缓蚀、阻垢分散、微生物状态，进行系统全方位的在线远程控制。（2）Ca2+脱除技术。可以采用石灰软化法、离子交换树脂、膜处理法、电化学处理法，进行循环冷却水中Ca2+的有效脱除处理，较好地降低循环冷却水的硬度。（3）Cl-脱除技术。主要采用沉淀法、离子交换法、电渗析法等技术，进行循环冷却水中Cl-的有效脱除处理[1]。

2 超高石灰铝法实验分析

2.1 仅含Cl-和Ca2+的循环冷却水处理实验

（1）获取各因素的影响水平及最佳处理条件。可以采用四因素三水平正交试验，重点探讨钙氯比、铝氯比、时间及温度等四个因素，设计温度为20℃、30℃、40℃。通过试验结果可知，应当选取钙氯比5∶1为因素最佳水平。当铝氯比为4∶1时，Ca2+的去除率较高。然而考虑工业应用成本，选择铝氯比为3∶1为因素最佳水平。

（2）采用单因素实验。在确定最佳药剂投加比和反应条件之后，选取任一个因素作为单一变量，其他因素保持不变，分析单因素对Ca2+和Cl-去除率的影响。①钙氯比对去除效果的影响。当钙氯比升高时，对Cl-的去除率呈明显上升趋势，当钙氯比为6∶1时，对Cl-的去除率达到最大值72.16%，这主要是由于钙盐和铝盐的加入形成有层状结构的LDH型物质，当LDH趋于饱和时，物质间层吸收的Cl-也趋于饱和，对Cl-的去除率逐渐下降，当钙铝氯比为5∶3∶1时，Cl-的去除率最高达到72.84%，出水Cl-浓度为129mg/L。同时，随着钙氯比的增加，Ca2+的去除率有所下降，当钙氯比为5：1时，Ca2+的出水浓度为56mg/L。②铝氯比对去除效果的影响。当铝氯比增加时，对Cl-的去除率呈现出升高趋势，并当铝氯比为3：1时，对Cl-的去除率最高可以达到72.92%，对Ca2+的去除率最高达到87.88%。③反应温度对去除效果的影响。当温度升高时，对Ca2+、Cl-的去除率明显提升，当温度升高至25℃时，对Ca2+、Cl-的去除率分别提升至73.11%、72.08%，反映温度适当上升有益于反应的进行，促进目标产物的正向生成。④反应时间对去除效果的影响。随着反应时间的增加，对两种离子的去除率也相應上升，当反应时间上升至2h时，对Ca2+、Cl-的去除率分别提升至70.83%、74.17%。⑤初始溶液PH对去除效果的影响。初始溶液PH对Ca2+、Cl-的去除率基本没有影响，当PH为6时，对Cl-的去除率最高达到71.07%;当PH为7-8时，对Ca2+的去除率最高达到75.76%。⑥初始Cl-浓度对去除效果的影响。由于循环冷却水排污水的Cl-大多低于1000mg/L，因而要分析初始Cl-浓度对去除效果的影响，当初始Cl-浓度降低时，对两种离子的去除率也相应降低，当初始Cl-浓度为500mg/L时，对Cl-的去除率最高达到74.17%，对Ca2+的去除率最高达到73.67%。

2.2 添加SO42-后的循环冷却水处理实验

（1）不同初始SO42-浓度对两种离子去除率的影响。SO42-会对Cl-的去除产生较大的抑制作用，当SO42-浓度升高时，Cl-的去除率明显下降。当SO42-浓度为100mg/L时，对Cl-的去除率为53.12%;当SO42-浓度为700mg/L时，对Cl-的去除率仅为19.11%，表明SO42-等阴离子与Cl-竞争层间位置，而SO42-的竞争能力相对较强，使Cl-被重新置换到水中，降低其去除率。然而，当SO42-浓度提高时，却并没有对Ca2+的去除率产生较大的抑制，反而使Ca2+的去除率有所升高，当SO42-浓度为700mg/L时，对Ca2+的去除率达到85.29%，这主要是由于SO42-具有较强的竞争能力，能够促使反应正向进行，生成较多的Ca6Al2（SO4）3（OH）12，提高对Ca2+的去除率。

（2）钙铝投加比对不同离子去除率的影响。当n（Al）∶n（SO42-+Cl-）为2∶1时，对钙离子、氯离子的去除率相对较低，Ca2+去除率为零，Cl-去除率仅为16%，这主要是由于铝盐投加量不足导致整体生成物质量较少，无法进行钙盐水解后的反应，导致Ca2+浓度偏高，降低了Ca2+的去除率。通过实验分析可知，n（Al）∶n（SO42-+Cl-）为5∶3∶1时达到最佳状态，Ca2+去除率可以达到80%左右，Cl-去除率最高可以达到45.56%。

（3）提高Cl-去除率的方法。主要包括以下处理方法：①二次处理。在一次实验处理之后，可以使SO42-的去除率达到85%以上，其浓度降至100mg/L以下，然而Cl-的浓度仍旧偏高，对此可以采用二次处理的方法，将二次去除时的药剂投加比设定为5∶3∶1，提高Ca2+、SO42-的去除率，使Cl-的总去除率达到75.05%，对Ca2+的去除率达到91.67%，对SO42-的去除率达到93.12%，使出水Cl-浓度达到121mg/L，较好地解决SO42-抑制Cl-去除率的问题。②增大投加量。可以通过微过量添加Ca（OH）2和NaAlO2的方式，提高对Ca2+、Cl-的去除率，降低两种离子的浓度。尤其是处理后的水质中的Cl-浓度为134mg/L，去除率达到72.76%[2]。

2.3 实际循环冷却水排污水处理实验

对燃气电厂实际循环冷却水排污水采用超高石灰铝法进行处理，实验检测并分析离子的出水浓度、PH、电导率和温度等指标。实验过程为：进行水样过滤处理并测定三种离子的出水浓度、PH、温度、总碱度、电导率及总溶解固体量，将500mL水样置于锥形瓶，依照一定比例添加Ca（OH）2和Al（OH）3，温度为25℃，震荡并过滤，测定并计算水样的钙硬度、饱和指数、稳定指数、结垢指数。考虑到反应中溶液的PH值较高，可以投加HNO3并曝气24h，以降低溶液的PH值，并使酸化处理后的离子浓度指标相对稳定[3]。

3 小结

综上所述，燃气电厂循环冷却水排污水处理采用超高石灰铝法进行水质处理，通过仅含Cl-和Ca2+的循环冷却水处理实验、添加SO42-后的循环冷却水处理实验和实际循环冷却水排污水处理實验，能够有效降低Cl-、SO42-和Ca2+的浓度，分析各因素对Cl-、SO42-和Ca2+去除率的影响。后续还要加强对实验出水中PH值较高、电导率偏高的研究，深入分析过滤工艺和固废处理工艺在燃气电厂循环冷却水排污水的应用。

参考文献：

[1]王维华.常减压蒸馏装置常顶换热器的腐蚀分析与防护建议[J].广东化工，2016（20）.

[2]张志国，兰梦.火电厂循环冷却水全自动化处理方案[J].华电技术，2016（02）.

[3]郑建伟，于波，余于仿.某电厂循环水排污水深度处理及回用实例[J].通用机械，2015（08）.

作者简介：高俊国（1981-），男，汉族，山东德州人，本科，工程师，目前从事电厂、化工厂水处理工作。